面向地图数据库的快速成图系统设计与实现

杨 柳

(江苏省基础地理信息中心,江苏 南京 210013)

0 引言

随着测绘地理信息技术的不断发展,地图服务的应用日益广泛,尤其在各类突发事件的决策和救援中发挥了重要作用[1]。以往的地图编制模式中生产工序较多、生产周期较长,为满足应急的需求,陕西、内蒙古、山东等省份(自治区)先后开展了快速出图技术的研究,一定程度上提升了地图编制工作的自动化水平[2-5]。为进一步提高地图服务保障能力,江苏省从地图编制的实际需求出发,对全省水系、交通、境界、居民地等基础要素以及各类专题要素进行了整理和综合,建成了能满足省、市、县多种制图需求的多尺度地图数据库,并在此基础上,进一步建设了快速成图系统,将建库数据快速转换为地图数据,实现普通地图和多种专题地图的制作。

1 需求分析

快速成图系统基于多尺度地图数据库,面向普通地图和多种专题地图的制作需求,系统的设计应满足以下几点要求。

(1)地图要素快速选取。江苏水网密集、路网纵横,实际出图时应根据需求对地图数据库中的要素数据进行选取,使图面负载量保持合理。因此应研发地图要素快速选取功能,减少制图数据准备的工作量。

(2)快速地图符号化。地图符号是地图的基本语言,清晰易读的地图符号能保证读图者快速阅读、牢固记忆。应设计预制的地图符号配置方案,通过地图符号的快速匹配,实现从数据库到地图的转换。同时,应提供多套地图符号,满足多种应用场景的需求[6]。

(3)注记生成与处理。为保证易读性,地图注记的字体、字大、字色、间隔等随要素类型的不同而变化。面对多样的注记放置规则,应研究其自动化生成和处理技术。

(4)专题地图制作。专题地图种类繁多、应用广泛,是普通地图的重要补充。应研发专题地图制作功能,涵盖多种常见图表的制作与编辑,与专题信息数据库联动,实现水系、交通、旅游、开发区、水利工程、地貌、政策热点等多种专题地图的制作。

(5)关键环节自动化处理。地图制图过程中存在符号选择、冲突处理、注记调整、水系渐变、境界跳绘等一系列常规性、重复性的工作,在传统制图模式中耗费大量人力,应针对这些问题研究关键技术,并对贯穿其中的专家知识规则进行梳理总结,提高地图制作的自动化、智能化程度[7-8]。

2 系统设计

2.1 总体框架

快速成图系统总体技术框架分为5层,包括数据层、服务层、业务层、显示层和用户层,系统采用C/S结构,软件架构基于ArcEngine和.Net技术搭建,如图1所示。

图1 总体技术框架

2.2 功能设计

快速成图子系统总体上分为工程文档、数据获取、地图处理、整饰输出、专题统计、工具辅助6大主要功能模块,如图2所示。

图2 系统主要功能

2.2.1 工程文档

该模块主要管理作业工程和文档,包括最近工程、打开工程、保存工程、关闭工程、添加临时数据、打开MXD和导出MXD等功能。

2.2.2 数据获取

该模块基于地图服务采用多种定位形式实现数据的空间定位、投影选择、数据裁切和符号化。

2.2.3 地图处理

该模块支持对地图要素的快速选择,以及点要素、线要素、面要素和注记的相关调整处理,通过境界跳绘、晕渲生成、境界普色、水系渐变等功能,实现了复杂制图工序的快速自动化处理。

2.2.4 整饰输出

该模块包含色带生成、页面设置、图名设置、图例生成、花边生成、附图管理等整饰功能,以及在出版视图下的地图输出功能。

2.2.5 专题统计

专题处理模块包含专题图表生成、专题图编辑、表格编辑、专题图渲染等专题图编辑与处理功能。

2.2.6 工具辅助

该模块主要提供要素的几何处理、拓扑处理和快捷工具,包含线打断、面分割、合并、延伸、反向、要素修整、复制、粘贴等功能,实现对图面细节的进一步处理。

3 关键技术

3.1 面向多尺度地图数据库的地图定位与要素选取

地图定位是地图编制的第一步工作,本系统设计了坐标定位、文件定位、单击定位、地名定位、行政区定位等多种定位方式,明确制图区域的范围,并根据纸张大小、页面边距等参数,测算出成图比例尺,并据此连接服务器中相应的地图数据库,进行制图数据下载。

针对江苏水路密集的情况,结合多尺度地图数据库中设置的选取等级,本系统设计了要素选取功能,可以实现水系、交通、境界、居民地和表面注记等的快速选取。对于未被选取的要素进行逻辑删除,即将其改为不显示状态,从而确保操作的可恢复性。

3.2 制图知识规则库

系统围绕知识规则驱动快速制图的核心理念,针对传统制图专家经验进行了梳理总结,记录了如居民地选取比例、河流化简弯曲参数、水系渐变起始宽度、道路连通阈值、注记冲突处理策略等一系列经验参数,建立制图知识规则库,同时支持结合具体需求作自定义调整,从而指导制图数据的高效处理。

3.3 快速成图模板库

为应对不同范围、不同尺度、不同用途的快速制图需求,系统中基于已有的制图经验将多种幅面、多种比例尺、多种用途地图中的要素表达、注记风格、整饰设计等进行了归纳总结,梳理地图要素的表达内容、选取指标,并设计了相应的符号化方案、配色方案、注记方案、图外整饰方案,制作了多种风格的配图模板、图外整饰模板并建库管理。制图时可根据需要自主定义或选择特定方案,实现成图过程中对图面效果的快速选择。地图整饰知识库示例如表1所示。

表1 地图整饰知识库

3.4 注记规则库

地图注记的生成和排列是一个复杂的过程,受要素类型、地图符号、阅读习惯等诸多因素影响,其自动化程度以及注记质量直接影响地图编制效率和地图产品质量。系统根据不同的要素类型和用图需求,探索整理了注记字体、注记大小、注记颜色、摆放位置等一系列知识,并用规则化的语言存储到注记规则知识库中,规则示例如表2所示。

表2 注记规则知识库

4 快速制图实验与结果评价

针对江苏省域内不同区域的特点,选择金坛区、兴化市、禄口街道等几个地区进行快速制图实验,以测试系统的效率。实验按照普通地图制作流程,从连接服务器进行地图定位、数据裁切、地图符号化,到最终的地图成果输出,分别统计了各区域的快速制图用时。实验结果如表3所示。

表3 实验区域与快速成图用时

可以看出,利用快速成图系统,在较短时间内可以实现普通地图的生成。与传统地图编制工艺相比,本系统提供的快速制图能力极大地提高了地图编制的效率。

5 结语

本文分析了快速成图系统的设计需求,并介绍了江苏省快速成图系统的设计方案,通过一系列关键技术的研究,本系统形成了从地图定位、数据下载、地图符号化到地图输出的完整工艺流程,实现了从建库数据到地图成果的快速转换,能够满足普通地图和多种专题地图的制作需求。实验表明,应用本系统可极大提高地图编制的效率,为辅助决策、生态保护、应急救援等提供有力的地图保障。接下来,应进一步探索关键技术,优化算法效率,并继续扩充地图快速成图模板库,丰富系统的应用场景。